[发明专利]一种剪切位移散斑测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种剪切位移散斑测量方法及装置。

背景技术

光学及光电测试中，对探测器位置准确进行测量是保证精度的一个前提。对微小位移精确探测的非接触式方法中用得最普遍的是激光干涉法，此法通过对比被测光路光程与其内部参考光路光程差来实现对被测对象沿光路方向位置改变，具有很高的测量精度，但其结构复杂，造价昂贵，而且受温度气压等因素影响，对环境要求严格，操作复杂。

散斑相关法是另一种非接触测量方法，这种方法精度不及激光干涉仪，但有结构简单，操作简便的特点。随机粗糙表面在相干光照射下将产生散斑。散斑是由粗糙面上不同面元散射光在探测面叠加形成的无序相干图样，它的空间强度分布服从统计规律，用CCD相机在远场对其进行采集，得到的是一组随机分布的颗粒状亮暗斑点。散斑统计信息与被照射表面形貌密切相关，被照粗糙面发生移动或偏转时，散斑斑粒也同步移动。当入射激光中包括两种或两种以上波长邻近（几十纳米）的光时，远场观测到的是一种呈辐射状分布的多色散斑场。多色散斑场是由波长扩散效应产生：两束共轴入射光产生的散斑场分布以光轴为中心，斑粒沿径向有一定错位，从而形成沿径向发散的散斑图样。

在已公开技术中，如CN2391169、CN1275712及CN1844844中所公开的技术方案所示，现有技术中主要使用的散斑相关法包括：精度较高的有飞秒透射激光散斑相关法，粗糙样板反射激光散斑相关法，两者都是根据运动前后散斑图相关度计算出被测面位移量，精度可达亚像素级，但测量精度受被测对象运动时偏摆影响。

现有技术中需要一种新高精度的剪切位移散斑测量方法及装置。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种剪切位移散斑测量方法及装置，该技术方案对散斑测量法中存在的角度偏差进行了修正，保证了测试精度。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种剪切位移散斑测量方法，包括：将两激光光束合束后投射至一粗糙表面后得到一散射光，将该散射光经一半透半反镜后改变方向并分成两束光，其中第一光束分别经过第一透镜和第一探测器获得该散射光的多色散斑图，根据该多色散斑图得到被测表面偏转俯仰角度，第二光束分别经过一滤波片、第二透镜和第二探测器获得该散射光的单色散斑图，根据该单色散斑图得到被测表面的移动距离，将该移动距离消除该被测表面偏转后获得一剪切位移。

本发明还同时公开一种剪切位移散斑测量装置，包括：第一光源和第二光源，该第一第二光源所发出的光束经一合束器后投射至一粗糙表面后得到一散射光，该散射光经一半透半反镜后分成两束光，其中第一光束分别经过第一透镜和第一探测器获得该散射光的多色散斑图，根据该多色散斑图得到被测表面偏转俯仰角度，第二光束分别经过一滤波片、第二透镜和第二探测器获得该散射光的单色散斑图，根据该单色散斑图得到被测表面的移动距离，将该移动距离消除该被测表面偏转后获得一剪切位移。

更进一步地，该第一光源和第二光源均为激光光源。该合束器为光纤耦合器。该第一第二探测器为CCD探测器。该滤波器为窄带滤波器。

与现有技术相比较，本发明采用被测对象位置状态改变前后两次反射单色散斑图像的相关程度来确定剪切位移量，并通过多色散斑角度测量装置来监测被测对象在实际运动过程中倾斜俯仰的变化，在结果中消除这部分影响，从而保证剪切位移测量精度。散斑场由半导体激光照射随机粗糙样板产生，在反射方向由CCD相机采集得到，样板安装在被测对象上，激光器和探测器在被测对象同一侧。整个装置包括两个半导体激光器，两个半透半反镜，两个聚焦透镜，一块随机粗糙样板及两个CCD相机。采用统计方法对图像进行分析可以避免条纹识别和计数的繁琐，提高了处理速度，可实现在线测量，精度达到亚像素级。与激光干涉仪相比，，具有结构紧凑，操作简便，节省成本，节省空间等特点；与散斑相关法现有技术相比，加入了角度修正装置，保证了测试精度。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的剪切位移散斑测量装置的结构示意图；

图2是多色散斑示意图；

图3是多色散斑各区域斑粒方向的示意图；

图4是移动前后散斑图及相关函数仿真结果示意图。

具体实施方式